pour la O ue//es fonctions synaptotagmine p(65)

1 000

N O U V E LLES

:

pour la

O

synaptotagmine p(65)

ue//es fonctions

_?

Un moyen essentiel de communica­ tion entre les neurones, d'une part, et entre neurones et cellules muscu­ laires, d'autre part , est la libération de neurotransmetteurs qui diffusent dans l'espace intercellulaire jusqu'à la membrane postsynaptique. Cette libé­ ration a lieu lorsque l'influx nerveux, couplé à des canaux calciques, pro­ voque une élévation locale et transi­ toire de la concentration cytosolique en calcium . En réponse à cette entrée de calcium, les vésicules synaptiques contenant les neurotransmetteurs fusionnent avec la membrane plasmi­ que . La rapidité du phénomène implique que les vésicules synaptiques sont déjà au contact de la membrane présynaptique et prêtes à fusionner lorsqu 'arrive le signal d'exocytose [ 1 ] . Les vésicules synaptiques peuvent être recyclées par un mécanisme d'endo­ cytose pouvant aussi dépendre du cal­ cium [2, 3 ] .

L a compréhension des mécanismes qui règlent ce type de communication intercellulaire passe par la caractéri­ sation des constituants des vésicules synaptiques. De nombreuses protéines associées aux vésicules synaptiques ont été identifiées et la remarquable conservation de certaines d'entre elles au cours de l'évolution suggère qu 'elles jouent un rôle primordial dans la libération des neurotransmet­ teurs. C 'est le cas de la synapto­ tagmine * , une protéine abondante des vésicules synaptiques du système nerveux et de certaines cellules endo­ crines, dont la fonction reste énigma­ tique malgré les nombreuses études dont elle est l'objet (4, 5] .

• Nous avons récemment mentionné cette protéine riAns une nouvelle consacrée au transport intracellulaire des vésicules (mis, n° 6-7 , vol . 9, p. 802). Malheu­ reusement, une erreur s 'est introduite dans cet article où il faut lire synaptotagmine et non synaptogamine.

Les interactions de la synaptotagmine avec des constituants protéiques et lipidiques de la membrane présynap­ tique semblent être déterminantes dans la localisation, l 'arrimage et la fusion des vésicules synaptiques avec la membrane plasmique . Cette pro­ téine a son importance en pathologie puisqu 'elle est un auto-antigène potentiel dans le syndrome myasthé­ nique de Lambert-Eaton, une mala­ die auto-immune se caractérisant par un défaut d'expression des canaux calciques présynaptiques (6] .

L'analyse structurale de la synapto­ tagmine révèle l'existence de deux copies d'une séquence conservée homologue aux domaines C2 de la protéine kinase C et de la phospholi­ pase A2 (figure 1) [7]. Les motifs C2 se retrouvent dans les protéines cyto­ soliques qui peuvent s'associer à des lipides membranaires sous l'influence d'un stimulus tel que l'élévation de la concentration en calcium. La synap­ totagmine ne fait pas exception à la

Lumen Cytoplasme

règle puisqu'elle s'associe à la phos­ phatidylsérine par l ' intermédiaire de ses motifs C2 lorsque la concentration du calcium cytoplasmique aug­ mente [8] . Cette interaction dépen­ dante du calcium, qui induit des changements de conformation de la synaptotagmine, pourrait être un phénomène initiateur de l 'exocytose des vésicules. U n rôle dans l'arrimage des vésicules à proximité des canaux calciques peut aussi être envisagé puisque des associations ont été décri­ tes avec les syntaxines et les neurexi­ nes, des protéines de la membrane présynaptique ((9, 1 0] et mis n ° 6-7, vol. 9, p. 802). Cela suggère que la synaptotagmine peut exercer une acti­ vité régulatrice de la libération de neurotransmetteurs, à la fois au niveau de l'accrochage et de la fusion des vésicules avec la membrane plas­ mique, tout en étant un détecteur du flux calcique. Cependant, comme le prouvent les articles récemment publiés dans Cell et Nature, le débat

COOH

-

-Figure 1 . Représentation schématique de la synaptotagmine. La synapto­

tagmine possède une courte région intravésiculaire amino-terminale, un seg­ ment intramembranaire unique et une partie cytoplasmique carboxy-terminale qui contient deux domaines C2, homologues à ceux de la protéine kinase C et d'une forme cytosolique de la phospholipase A 2. Dans les vésicules synap­ tiques, la synaptotagmine se présente comme un homotétramère. Cette struc­ ture tétramérique est requise pour l'association au calcium et aux phospholi­ pides. Les peptides et les fragments solubles inhibiteurs de la libération de neu­ rotransmetteurs sont représentés par les rectangles noirs.

sur les fonctions exactes de la synap­ totagmine reste largement ouvert. Ce modèle est en effet quelque peu malmené par les travaux d'un groupe japonais montrant que la synaptotag­

mine n 'est pas essentielle dans la sécrétion de catécholamines [ 1 1 ] . Des variants des cellules neuro-endocrines PC 1 2 , déficientes en synaptotagmine, qui, dans les cellules sauvages, est localisée au niveau des grandes vési­ cules contenant les catécholamines, ont été sélectionnés pour étudier l 'influence de cette protéine sur la sécrétion de catécholamines et d'ATP. Or, les cellules sauvages, mais aussi les mutantes, peuvent sécréter les catécholamines et l' ATP par exocytose dépendante du calcium. Cela suggérait que la synaptotagmine n'a pas une importance fondamentale dans la sécrétion des neurotransmet­ teurs mais cette conclusion fut rapi­ dement remise en question par une équipe américaine [ 1 2] . Dans les cel­ lules PC 1 2 , les granules renfermant les catécholamines contiennent égale­ ment une forme membranaire de l ' enzyme dopamine {3-hydroxylase (D{3H). Lorsque les vésicules fusion­ nent avec la membrane plasmique , cette enzyme devient détectable à la surface cellulaire et peut être utilisée comme témoin de l ' équil ibre fusion/recyclage des vésicules. Ainsi , la dépolarisation membranaire des cellules PC 1 2 est suivie d'une aug­ mentation de D{3H à la surface cel­ lulaire. Cette augmentation est signi­ ficativement réduite lorsque les cellu­ les sont préalablement micro-injectées avec des anticorps anti-synaptotag­ mine ou des fragments solubles de la protéine incluant un domaine C 2 . Il est probable que les anticorps et les fragments solubles agissent en pertur­ bant les interactions de la synaptotag­ mine avec ses partenaires habituels. Par ses capacités à établir des liaisons avec des constituants lipidiques et protéiques de la membrane plasmi­ que, la synaptotagmine semble donc être un élément essentiel de l'exocy­ tose des granules des cellules PC 1 2 . D'autres chercheurs arrivent à des conclusions semblables en injectant des peptides correspondant à différen­ tes régions de la synaptotagmine dans 1 'extrémité présynaptique dès synap­ ses géantes du calamar Loligo pea­ mls n ° 8-9 ool. 9, a()IU-septembre 93

lei [ 1 3] . Les peptides des régions C2 ont un effet inhibiteur sur la trans­ mission synaptique, qui se traduit par une modification de la cinétique du potentiel postsynaptique et une forte réduction de son amplitude. Ces pep­ tides, qui ne modifient pas la concen­ tration en calcium, exercent leur effet inhibiteur dès qu' ils arrivent dans les zones actives de la membrane présy­ naptique. Ils doivent bloquer un évé­ nement très tardif de l 'exocytose car le nombre de vésicules arrimées à la membrane plasmique augmente sous leur action. Ces observations mon­ trent à nouveau l ' importance des domaines C2 et donc du calcium, dans 1' interaction de la synaptotag­ mine avec des accepteurs présynapti­ ques. Bien que les granules des cel­ lules neuroendocrines PC 1 2 et les vésicules synaptiques des terminaisons nerveuses présentent des caractéristi­ ques qui leur sont propres, certaines étapes de la sécrétion des neurotrans­ metteurs peuvent être communes. En particulier, les expériences de micro­ injection suggèrent fortement que l 'interaction de la synaptotagmine avec ses partenaires intracellulaires est un facteur essentiel pour l'exocytose des deux types de vésicules.

Si la synaptotagmine est un élément clé du processus de sécrétion des neu­ rotransmetteurs, son élimination doit profondément perturber la transmis­ sion synaptique liée au couplage excitation-sécrétion. Or, deux études viennent d'être publiées qui montrent que si la synaptotagmine est une pro­ téine vitale, son absence n 'empêche pas complètement la transmission synaptique in vivo. En effet, bien que les mutations du gène de la synapto­ tagmine soient létales chez la droso­ phile, les larves sont néanmoins capa­ bles de ramper, de se nourrir et de répondre à certaines stimulations sen­ sorielles [ 1 4] . L ' activité motrice des larves mutantes montre que la sécré­ tion du glutamate dans les jonctions neuromusculaires a l ieu malgré l 'absence de synaptotagmine. L ' étude de Caenorhabditis elegans mutants, déficients en synaptotag­ mine, révèle des anomalies comporte­ mentales graves associées aux fonc­ tions GABAergiques et cholinergi­ ques [ 1 5 ] . Ces mutants présentent, entre autres, un défaut de sécrétion de

l'acétylcholine conduisant à une accu­ mulation intracellulaire du neurotrans­ metteur et à une résistance partielle aux inhibiteurs de la cholinestérase . Malgré tout , le fait que ces animaux mutants soient capables d'effectuer des mouvements coordon nés indique que la sécrétion de neurotransmetteurs n'est pas complètement abolie par l'absence de synaptotagmine. L'exocytose couplée à l 'entrée de cal­ cium est donc observée dans les cel­ lules PC 12 déficientes en synaptotag­ mine et la transmission synaptique a lieu , bien que très altérée, chez les animaux mutants étudiés jusqu 'à pré­ sen t . Pourtan t , les expériences d'injection d' anticorps et de peptides montrent formellement que la synap­ totagmine est au centre du méca­ n isme du cou plage excitation­ sécrétion permettant la libération de neurotransmetteurs. Comment expli­ quer ces discordances ? Popov et Poo (New York, USA) [ 1 7 ] proposent un modèle selon lequel la synaptotag­ mine serait un inhibiteur de l'exocy­ tose des vésicules synaptiques. A l'état de repos, lorsque la concentra­ tion calcique est faible , les vésicules participant au recyclage membranaire peuvent fusionner avec la membrane plasmique alors que l 'exocytose des vésicules synaptiques est majoritaire­ ment bloquée. La levée du bloquage, induite par l 'entrée de calcium, pro­ voque l'exocytose locale et simultanée des vésicules synaptiques en un temps très court, de l 'ordre de la millise­ conde. La synaptotagmine, par les interactions dépendantes du calcium qu 'elle peut établir avec des protéi­ nes et des lipides membranaires, pourrait être l'élément principal de ce bloquage. En présence d'anticorps dirigés contre elle ou de peptides des domaines C2, la synaptotagmine ne pourrait plus modifier ses associations moléculaires normalement induites par le calcium et le bloquage ne pou.rrait pas être levé par le flux cal­ cique. Comme cela est observé expé­ rimentalement, ce modèle implique qu'en l 'absence de synaptotagmine la fusion et la sécrétion de neurotrans­ metteurs existent spontanément, mais avec une réduction importante de l'efficacité du couplage excitation­ sécrétion. Enfin , il suppose que la régulation de la transmission

1 00 2

tique par le calcium s'établisse à plu­ sieurs niveaux , dont l'endocytose et la fusion elle-même. L'intervention de la synaptotagmine dans l'endocy­ tose n'est d 'ailleurs pas à écarter car un mauvais déroulement de l 'endocy­ tose des vésicules compromettrait gra­ vement la sécrétion des neurotran -metteurs ans l'éliminer complète­ ment, un phénomène observé dans les cellules et chez les ammaux mutant .

V . L . 1 . Kelly R B . Swrage and release o f neuro­ lransmitters. Cell 1 993 ; 72 ( 1 0 suppl) : 43-53. 2. Ceccarelli B, Hurlbut WP. Ca2 + -depcn­ dent recycling of synaptic vesicles at the frog neurotransmitters junction. J Cell Biol 1 980 ; 87 : 297-303.

3 . cher E, Zucker RS. Multiple calcium­ dependent processes related to secretion in bovine chromaffin cells. Neuron 1 993 ; 10 : 2 1 -30.

4. Matthew WD, Tsavaler L , Reichart LF. Identification of a synaptic vesicle-specific mem­ brane protein with a wide distribution in neu­ ronal ans secretory tissue. J Cell Biol 1 98 1 ; 91 : 257-69.

5. Perin MS, Johnston PA, Ozcelik T, et al. Structural and functional conservation of synap­ totagmin (p65) in Drosophila and humans. J Cell Biol 1 99 1 ; 266 : 6 1 5-22.

6. Leveque C , Hoshino T, David P, et al. The synaptic vesicle protein synaptotagmin associa­ tes with calcium channels and is a putative Lambert-Eaton myasthenie syndrome antigen. Proc Nat/ Acad Sei USA 1 992 ; 89 : 3625-9.

7. Perin MS, Fried VA, M ignery CA, et al. Phospholipid binding by a synaptic vesicle pro­ tein homologous lo the regulatory region of protein kinase C . Nature 1 990 ; 345 : 260-3. 8. Brase N, Petrenko, Südhof TC, Jahn R . Synaptotagmin : a calcium sensor on the synaptic vesicle surface. Science 1 992 ; 256 : 1 02 1 -5.

9. Bennett MK, Calakos , Scheller R H . Syntaxin : a synaptic protein implicated in doc­ king of synaptic vesicles at the presynaptic active zone. Science 1992 ; 257 : 255-9.

10. Ushkaryov VA, Petrenko AC, Ceppert M, Südhof TC. Neurexins : synaptic cell urface proteins related to the alpha-latrotoxin recep­ lor and laminin. Science 1 992 ; 257 : 50-6. 1 1 . Shoji-Kasai Y, Yoshida A, Salo K, et al.

eurotransmitter release from synaptotagmin­ deficient clonai variants of PC 1 2 . Science 1992 ; 256 : 1 820-3.

12. Elferink LA, Peterson MR, chellcr R H . A role for synaptotagmin (p65) in regulated exocytosis. Cell 1 993 ; 72 : 1 55-9.

13. Bommert K, Charlton MP, DeBello WM, et al. Inhibition of neurolransmitter release by C2-domain peptides implicates synaptotagmin

in exocytosis. Nature 1 993 ; 363 : 1 63-5. 14. DiAntonio A , Parfilt KD, Schwarz TL. Synaptic transmission persists in synaplotagmin mutants of Drosophila. Cell 1 993 ; 73 : 1281-90. 1 5 . Nonet M L , Grundahl K, Meyer BJ , Rand JB. Synaptic function is impaired but not eliminated in C. elegans mutants lacking synap­ lotagmin. Cell 1 993 ; 73 : 1 29 1 -305.

16. Popov SV, Poo M M . Synaptotagmin : a calcium-sensitive inhibitor of exocytosis ? Cell

1 993 ; 73 : 1 247-9.

S É M I NAI RE VI E I LLISS E M E NT

1 993

JEUDI 4 NOVEMBRE

9 h DO à 9 h 10 : INTRODUCTION

Ladislas ROBERT

Directeur de Recherches C.N.R.S. U.R.A. 1460, Laboratoire de Biologie du Tissu Conjonctif, Faculté de Médecine, Créteil

9 h 1 0 à 1 1 h : HYALURONAN : STRUCTURE, FUNCTION, METABOLISM AND CLINICAL APPLICATION

Torvard LAURENT

Professeur, Directeur du Laboratoire de Biochimie du Dépanemem de Chimie Médical et I'tlysiologique de l'Université d'Uppsala, Présidem de l'Académie Royale de Suède.

1 1 h 00 à 1 1 h 30 : Pause-café 1 1 h 30 à 1 2 h 30 : LES DÉMENCES SÉNILES

Françoise FORmE

Docteur en Médecine, Chef de Service, Cemre de Géromologie, Hôpital Broca, Paris 12 h 30 à 1 4 h 00 : Déjeuner

1 4 h DO à 1 5 h DO : U.V.A. ET PHOTD·LÉSIONS, DONNÉES RÉCENTES Louis OUBERTRET

Professeur, Chef de Service de Dermatologie, Hôpital Saim-Louis, Paris, D�ecteur de Recher­ ches, Directeur du Laboratoire I.N.S.E.R.M. U. 312, Faculté de Médecine, Créteil 1 5 h DO à 1 6 h : LA FIBRONECTINE, SA FRAGMENTATION ET LES PROPRIÉ­

TÉS BIOLOGIQUES DE SES FRAGMENTS William HORNEBECK

Directeur de Recherches C.N.R.S. U.R.A. 1460, Directeur du Laboratoire de Biologie du Tissu Conjonctif, Faculté de Médecine, Créteil

VENDREDI ₅ NOVEMBRE 9 h DO à 10 h DO : LES INTÉGRINES

Jacqueline LABA T-ROBERT

Chargé de Recherches C.N.R.S. U.R.A. 1460, Laboratoire de Biologie du Tissu Conjonctif, Faculté de Médecine, Créteil

10 h DO à 1 1 h : LES CENTENAIRES Michel ALLARO

Docteur en Médecine, Directeur Médical et Scientifique, Fondation IPSEN, Paris 1 1 h 00 à 1 1 h 30 : Pause-café

1 1 h 30 à 1 2 h 30 : GÉNÉTIQUE ET VIEILLISSEMENT

François SCHACHTER

Directeur de Recherches, Centre d'Études du Polymorphisme Humain, Paris 12 h 30 à 14 h 00 : Déjeuner

14 h DO à 1 5 h DO : LE MODE D'ACTION DE L'ACIDE RÉTINOÏOUE J.-H. SAURA T

Professeur, Chef de Service, Clinique et Policlinique de Dermatologie et de Vénérologie, Hôpital Cantonal, Université de Genève

15 h DO à 1 6 h : MÉLANOCYTES ET VIEILLISSEMENT CUTANÉ : ASPECTS CLI­ NIQUES CELLULAIRES ET MOLÉCULAIRES, EFFETS DE L'ACIDE RÉTINOÏOUE

Jean-Paul ORTONNE

Professeur, Chef de Service en Dermatologie, Centre Hospitalier Universitaire de Nice, Hôpital Pasteur, Nice

1 6 h 00 à 1 6 h 30 : Pause-Café

1 6 h 00 à 1 6 h 30 : Pause-café

16 h 30 à 17 h 30 : LES THÉORIES DU VIEILLISSEMENT

Ladislas ROBERT 16 h 30 à 17 h 30 : VIEILLISSEMENT PHOTD·INDUIT

Paul FORLOT

Docteur ès Sciences, Directeur de Pharma Conseil International, Paris

Directeur de Recherches C.N.R.S. U.R.A. 1460, Laboratoire de Biologie du Tissu

Conjonctif, Faculté de Médecine, Créteil